毛状根的形成是由于发根农杆菌携带的Ri
质粒中的T-
脱氧核糖核酸插入到宿主植物
细胞核基因组中所致。这一过程导致植物在感染部位或周围产生大量副产物——毛状根。1982年,Chilton首次报道了发根农杆菌在侵染植物过程中能够产生毛状根的现象。
发根
农杆菌属于
根瘤菌科农杆菌属,是一类革兰氏阴性的土壤细菌。它可以侵染多种植物,包括
双子叶植物纲、少量单子叶植物和裸子植物,引起它们产生毛状根。发根农杆菌及其介导的毛状根在植物基因工程、次生代谢产物生产和品种改良等方面有着广泛应用。
毛状根在药用植物领域尤其重要,因为它可以通过离体培养系统实现次生代谢物质的工业化生产,有助于缓解
中药资源的短缺问题。相比于传统细胞培养和组织培养,毛状根培养系统具有生长速度快、无需添加外源植物激素、合成次生代谢物质能力强且稳定等特点。此外,毛状根还能向
培养液中释放部分代谢产物,通过调整培养条件,可以合成更高含量的活性物质,甚至包含原本植物中不存在的成分。
毛状根的培养方法具有多个显著的优点,包括生长迅速、周期短、生产效率高;
克隆性良好,易于筛选出高产稳定的无性繁殖系;不需要额外添加生长调节物质,降低生产成本;遗传性状稳定,不易发生
染色体及cDNA变异导致的次生代谢产物下降;分化水平高,适合于生产次生代谢物质。
影响毛状根生长的因素包括大量元素、微量元素、碳源、光照、温度、pH值、
植物生长调节剂或激素等环境条件。